CN105091848B - 一种时间关联计算测距仪及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种时间关联计算测距仪及测量方法，包括：光源、数字微镜阵列DMD、控制器、分束器、透镜、半透半反镜、待测件反光镜、CCD(或点探测器)、延时器、符合测量逻辑模块，符合测量逻辑模块包括符合测量逻辑单元和计算单元。符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，最终得到待测件反光镜到半透半反镜之间的距离。本发明测距仪利用了时间的二阶关联特性，可以有效减小空气扰动因素引起的距离测量误差，且结构设计简单，操作性强，关键部组件都是基于现有的成熟产品，具有技术成熟度高，可实现性较强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种时间关联计算测距仪及测量方法，属于测距领域。
背景技术
刻度尺是最早用于测距的工具，但是在长距离或复杂环境下，刻度尺测量变得非常困难。二战期间，英国首先研制出的测距雷达，实现了在一个固定点上迅速测定不同方位角各种目标的瞬时距离，实现了测距技术的历史性突破。后来随着电磁和激光技术的发展，逐渐将激光用于测距领域，并于1961年美国休斯飞机公司研制出第一台激光测距仪，由于激光测距仪具有精度高、小巧轻便、分辨率高和抗干扰力强等优势，在很长一段时间内得到了迅速发展，并形成了多种形式的测距方案。目前的激光测距仪就可以实现从纳米到几千千米范围内测距。
虽然目前的激光测距仪凭借激光的高穿透力，可以超远距离能力测距，但是仅仅依靠提高激光器功率和信号处理技术很难从根本上实现远距离测距能力，且高功率激光器的使用对人眼危害极大，不利于长时间调试使用。此外，在复杂环境下，传统激光测距仪不可避免要受到云雾、烟和大气湍流等环境干扰，测距能力会显著降低，因此需要寻求一种新型测距方案从根本上解决这一系列问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能有效减小空气扰动的时间关联计算测距仪，符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，最终得到待测件反光镜到半透半反镜之间的距离，本发明利用了时间的二阶关联特性，可以有效减小空气扰动因素引起的距离测量误差，且结构设计简单，操作性强，关键部组件都是基于现有的成熟产品，具有技术成熟度高，可实现性较强等特点。
本发明的技术解决方案是：一种时间关联计算测距仪，包括：光源(1)、数字微镜阵列DMD(2)、控制器(3)、分束器(4)、透镜(5)、半透半反镜(6)、待测件反光镜(7)、CCD(或点探测器)(8)、延时器(9)、符合测量逻辑模块(10)，符合测量逻辑模块(10)包括符合测量逻辑单元和计算单元；
数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(9)，调整延时器(9)延时，经延时器(9)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器(4)；
分束器(4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜(5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光束；
经半透半反镜(6)反射的第一回波光束再次经过透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的透镜(5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将透镜(5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜(5)汇聚光束分光得到的反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块(10)，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
多次调整延时器(9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将该多个延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
经半透半反镜(6)透射的透射光束照射在待测件反光镜(7)，待测件反射镜(7)安装在待测件上，经待测件反光镜(7)反射的回波光束再次经过半透半反镜(6)，半透半反镜(6)将待测件反光镜(7)反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将待测件反光镜(7)反射的回波光束经半透半反镜(6)的反射光束舍弃，将待测件反光镜(7)反射的回波光束经半透半反镜(6)的透射光束经透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将透射光束舍弃，将反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
调整延时器(9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果曲线峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
计算单元将记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
所述光场调制矩阵为Hadamard矩阵，Hadamard矩阵编码原则为Hadamard矩阵行与行、列与列之间满足正交归一关系H*HT＝I，I为对角单位矩阵，其每一行(或列)元素之和相等，将该光场调制矩阵加载到数字微镜阵列DMD(2)上，使多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，用来模拟热光源。
所述数字微镜阵列DMD(2)放置于透镜(5)的焦平面上。
一种时间关联计算测距仪的测量方法，步骤如下：
(1)数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(9)，调整延时器(9)延时，经延时器(9)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器(4)；
(2)分束器(4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜(5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光束；
(3)经半透半反镜(6)反射的第一回波光束再次经过透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的透镜(5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将透镜(5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜(5)汇聚光束分光得到的反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块(10)，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(4)符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(5)调整延时器(9)的延时，返回步骤(1)、(2)和(3)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(6)重复步骤(5)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
(7)重新开始步骤(1)，分束器(4)将入射的调制光场分成两路分别是透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束入射到透镜(5)上形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)反射和透射光束，形成反射光束和透射光束，将半透半反镜(6)反射的反射光束舍弃，保留半透半反镜(6)透射的透射光束；
(8)经半透半反镜(6)透射的透射光束照射在待测件反光镜(7)，待测件反射镜(7)安装在待测件上，经待测件反光镜(7)反射的回波光束再次经过半透半反镜(6)，半透半反镜(6)将待测件反光镜(7)反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束经透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将透射光束舍弃，将反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(9)符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(10)调整延时器(9)的延时，返回步骤(7)和(8)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(11)重复步骤(10)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果曲线峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
(12)计算单元将步骤(6)和步骤(11)记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
与现有技术相比，总结归纳本发明具有以下几个优点：
(1)本发明在传统测距装置基础上，用数字微镜阵列代替了传统激光测距仪光源，在部件上没有大的改动，在最后数据采集和处理方面增加了时间符合测量逻辑计算和图像处理，这两部分也可以集成到传统测距仪数据处理里面，完全保持了传统测距仪的光学系统和整体外观，具有操作简单，技术成熟度高，可实现性强等优点，在工程实现上较为容易。
(2)本发明将量子成像技术中的计算时间二阶关联探测方法引入测距仪的设计中，时间二阶关联探测方法计算的是时间的二阶关联特性，跟传统测距仪测量原理完全不同，能有效减小空气扰动等因素引起的测量误差，提高系统的灵敏度和稳定性。
(3)本发明是基于计算时间关联成像原理，可将具有空间分辨力的CCD替换成点探测器，目前市面上的光电管价格低廉，使用方便，操作简单，可用于本方案作为信号探测装置。另外，随着具有单光子灵敏度单光子探测器的广泛应用，还可进一步提高本方案的探测距离。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一种时间关联计算测距仪的具体实施方式做进一步详细的说明。
如图1所示，图中：1、光源；2、数字微镜阵列DMD；3、控制器；4、分束器；5、透镜；6、半透半反镜；7、待测件反光镜；8、CCD(或点探测器)；9、延时器；10、符合测量逻辑模块；符合测量逻辑模块包括符合测量逻辑单元和计算单元；
一种时间关联计算测距仪，包括：光源1、数字微镜阵列DMD2、控制器3、分束器4、透镜5、半透半反镜6、待测件反光镜7、CCD(或点探测器)8、延时器9、符合测量逻辑模块10；符合测量逻辑模块10包括符合测量逻辑单元和计算单元；
数字微镜阵列DMD2包括多个微镜阵列，每一个微镜阵列都可以向+12°和-12°两个方向任意翻转，光源1照射在数字微镜阵列DMD2的微镜阵列上，控制器3产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器9，调整延时器9延时，经延时器9延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块10，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD2上，控制多个微镜阵列各自按+12°和-12°两个方向发生翻转，多个微镜阵列反射光源1照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器4；
分束器4将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜5上，数字微镜阵列DMD2放置于透镜5的焦平面上，经过透镜5的透射光束形成平行光束，照射在半透半反镜6，半透半反镜6放置于透镜5和待测件反光镜7之间，且半透半反镜6、透镜5和待测件反光镜7共轴放置，半透半反镜6透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，形成第一回波光束；
经半透半反镜6反射的第一回波光束再次经过透镜5恢复成汇聚光束，并照射到分束器4上，分束器4将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器4分光得到的透射光束舍弃，将分束器4分光得到的反射光束反射后照射到CCD8上，形成第一回波信号，符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
多次调整延时器9的延时，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器12记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
经半透半反镜6透射的透射光束照射在待测件反光镜7，待测件反射镜7安装在待测件上，经待测件反光镜7反射的回波光束再次经过半透半反镜6，半透半反镜6将待测件反光镜7反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将待测件反光镜7反射的反射光束舍弃，将待测件反光镜7透射的透射光束经透镜5恢复成汇聚光束，并照射到分束器4上，分束器4将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器4分光得到的透射光束舍弃，将分束器4分光得到的反射光束反射后照射到CCD8上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
调整延时器9的延时，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器12记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果曲线峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
计算单元将记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
所述光场调制矩阵为Hadamard矩阵，Hadamard矩阵编码原则为Hadamard矩阵行与行、列与列之间满足正交归一关系H*HT＝I，I为对角单位矩阵，其每一行(或列)元素之和相等，将该光场调制矩阵加载到数字微镜阵列DMD(2)上，使多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，用来模拟热光源。
所述数字微镜阵列DMD2放置于透镜5的焦平面上。
一种时间关联计算测距仪的测量方法，步骤如下：
(1)数字微镜阵列DMD2包括多个微镜阵列，每一个微镜阵列都可以向+12°和-12°两个方向任意翻转，光源1照射在数字微镜阵列DMD2的微镜阵列上，控制器3产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器9，调整延时器9延时，经延时器9延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块10，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD2上，控制多个微镜阵列各自按+12°和-12°两个方向发生翻转，多个微镜阵列反射光源1照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器4；
(2)分束器4将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜5上，数字微镜阵列DMD2放置于透镜5的焦平面上，经过透镜5的透射光束形成平行光束，照射在半透半反镜6，半透半反镜6放置于透镜5和待测件反光镜7之间，且半透半反镜6、透镜5和待测件反光镜7共轴放置，半透半反镜6透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，形成第一回波光束；
(3)经半透半反镜6反射的第一回波光束再次经过透镜5恢复成汇聚光束，并照射到分束器4上，分束器4将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器4分光后的透射光束舍弃，将分束器4分光后的反射光束反射后照射到CCD8上，形成第一回波信号，符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(4)符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(5)调整延时器9的延时，返回步骤(1)、(2)和(3)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(6)重复步骤(5)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器12记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
(7)重新开始步骤(1)，分束器4将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束入射到透镜5上形成平行光束后照射在半透半反镜6，半透半反镜6放置于透镜5和待测件反光镜7之间，且半透半反镜6、透镜5和待测件反光镜7共轴放置，半透半反镜6反射和透射光束，形成反射光束和透射光束，将半透半反镜6反射的反射光束舍弃，保留半透半反镜6透射的透射光束；
(8)经半透半反镜6透射的透射光束照射在待测件反光镜7，待测件反射镜7安装在待测件上，经待测件反光镜7反射的回波光束再次经过半透半反镜6，半透半反镜6将待测件反光镜7反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束经透镜5恢复成汇聚光束，并照射到分束器4上，分束器4将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器4分光后的透射光束舍弃，将分束器4分光后的反射光束反射后照射到CCD8上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(9)符合测量逻辑模块10的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(10)调整延时器9的延时，返回步骤(7)和(8)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器9延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(11)重复步骤(10)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器12记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
(12)计算单元将步骤(6)和步骤(11)记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
所述的一种时间关联计算测距仪及测量方法，主要用于距离测量领域，主要部件为数字微镜阵列DMD2、透镜5和半透半反镜6，其中数字微镜阵列DMD2用于产生调制光场，透镜5用于产生平行光束，半透半反镜6作为距离测量的的参考零点，本发明是基于时间关联，需要用到延时器9控制时间延时。
在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种时间关联计算测距仪，其特征在于，包括：光源(1)、数字微镜阵列DMD(2)、控制器(3)、分束器(4)、透镜(5)、半透半反镜(6)、待测件反光镜(7)、CCD(8)、延时器(9)、符合测量逻辑模块(10)；符合测量逻辑模块(10)包括符合测量逻辑单元和计算单元；
数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(9)，调整延时器(9)延时，经延时器(9)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器(4)；
分束器(4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜(5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光束；
经半透半反镜(6)反射的第一回波光束再次经过透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的透镜(5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将透镜(5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜(5)汇聚光束分光得到的反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块(10)，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
多次调整延时器(9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将该多个延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
经半透半反镜(6)透射的透射光束照射在待测件反光镜(7)，待测件反射镜(7)安装在待测件上，经待测件反光镜(7)反射的回波光束再次经过半透半反镜(6)，半透半反镜(6)将待测件反光镜(7)反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将待测件反光镜(7)反射的回波光束经半透半反镜(6)的反射光束舍弃，将待测件反光镜(7)反射的回波光束经半透半反镜(6)的透射光束经透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将透射光束舍弃，将反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
调整延时器(9)的延时，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
计算单元将接收到的多对延时和对应的时间关联计数结果绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果曲线峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
计算单元将记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
2.根据权利要求1所述的一种时间关联计算测距仪，其特征在于：所述光场调制矩阵为Hadamard矩阵，Hadamard矩阵编码原则为Hadamard矩阵行与行、列与列之间满足正交归一关系H*HT＝I，I为对角单位矩阵，其每一行(或列)元素之和相等，将该光场调制矩阵加载到数字微镜阵列DMD(2)上，使多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，用来模拟热光源。
3.根据权利要求1所述的一种时间关联计算测距仪，其特征在于：所述数字微镜阵列DMD(2)放置于透镜(5)的焦平面上。
4.一种时间关联计算测距仪的测量方法，其特征在于步骤如下：
(a)数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(3)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(9)，调整延时器(9)延时，经延时器(9)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至分束器(4)；
(b)分束器(4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将入射的调制光场分光得到的反射光束舍弃，将入射的调制光场分光得到的透射光束入射到透镜(5)上后，形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)透射一部分光，形成透射光束，并反射一部分光，反射的这部分光形成第一回波光束；
(c)经半透半反镜(6)反射的第一回波光束再次经过透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的透镜(5)汇聚光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将透镜(5)汇聚光束分光得到的透射光束舍弃，将透镜(5)汇聚光束分光得到的反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第一回波信号送至符合测量逻辑模块(10)，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(d)符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(e)调整延时器(9)的延时，返回步骤(a)、(b)和(c)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第一回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(f)重复步骤(e)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第一关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第一关联结果曲线，寻找第一关联结果曲线峰值所对应的延时τ1，并记录该延时τ1；
(g)重新开始步骤(a)，分束器(4)将入射的调制光场分光成两路分别是透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束入射到透镜(5)上形成平行光束后照射在半透半反镜(6)，半透半反镜(6)放置于透镜(5)和待测件反光镜(7)之间，且半透半反镜(6)、透镜(5)和待测件反光镜(7)共轴放置，半透半反镜(6)反射和透射光束，形成反射光束和透射光束，将半透半反镜(6)反射的反射光束舍弃，保留半透半反镜(6)透射的透射光束；
(h)经半透半反镜(6)透射的透射光束照射在待测件反光镜(7)，待测件反射镜(7)安装在待测件上，经待测件反光镜(7)反射的回波光束再次经过半透半反镜(6)，半透半反镜(6)将待测件反光镜(7)反射的回波光束分别进行透射和反射，分别形成透射光束和反射光束，将反射光束舍弃，将透射光束经透镜(5)恢复成汇聚光束，并照射到分束器(4)上，分束器(4)将入射的汇聚光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器4分光后的透射光束舍弃，将分束器(4)分光后的反射光束反射后照射到CCD(8)上，形成第二回波信号，符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元记录该回波信号；
(i)符合测量逻辑模块(10)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录的第二回波信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元；
(j)调整延时器(9)的延时，返回步骤(g)和(h)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第二回波信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将延时器(9)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元；
(k)重复步骤(j)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘成第二关联结果曲线，横坐标为多个延时器的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(9)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，得到第二关联结果曲线，寻找第二关联结果峰值所对应的延时τ2，并记录该延时τ2；
(l)计算单元将步骤(f)和步骤(k)记录的τ1和τ2做差计算Δτ＝τ2-τ1，解算出待测件反光镜到半透半反镜之间的距离式中c为真空中光速。
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